Platform Architecture

最新推荐文章于 2022-10-29 19:54:42 发布

Cache969

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本文深入解析安卓平台架构，包括Linux内核、硬件抽象层、Android Runtime等关键组件。阐述了ART虚拟机相较于Dalvik的优势及Java 8特性的支持情况。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Platform Architecture

https://developer.android.com/guide/platform/index.html

　　The Linux Kernel：安卓平台依赖于Linux内核，使用到了线程和内存管理等基础功能，同时充分利用了Linux的安全特性，允许设备制造商对熟知的内核开发硬件驱动。

　　Hardware Abstraction Layer (HAL)：硬件抽象层对上层Java API framework暴露了标准的设备接口，HAL层由各种Library库组成，每种库实现一种硬件设备的接口，比如相机或者蓝牙，当framework API需要访问硬件时，系统会自动加载对应的Library库。

　　Android Runtime：系统5.0（API21）之前使用的是Dalvik虚拟机，5.0之后Runtime使用的是ART虚拟机，主要特点包括AOT/JIT、优化的GC垃圾回收、更好地支持调试功能。ART完全兼容Dalvik，反过来不一定。

　　Native C/C++ Libraries：安卓系统的核心组件，例如ART/HAL都是基于C/C++的Native库实现，对上层暴露的是Java接口，所以应用可以依赖这些Java接口开发，也可以直接NDK开发。

　　Java API Framework：安卓系统的特性集合以Java API的形式对外提供，简化了系统核心模块的使用，包括：View System、Resource Manager、Notification Manager、Activity Manager、Content Provider，开发者可以访问完整/一致的framework API。

　　System Apps：系统自带了一些应用，和普通应用没什么区别（除了类似设置的应用），用户可以再次安装第三方的应用，并选作默认。

1. Use Java 8 Language Features

　　安卓支持所有的Java7语言特性，支持部分Java8的特性。为了支持Java8的语言特性，需要使用新的Jack编译工具链，在 >=Android Studio 2.1 版本上可用。

　　可支持的Java8语言特性：

Default and static interface methods
Lambda expressions
Repeatable annotations
Method References
Type Annotations

　　Jack工具链用于替换现有工具链，集成了包括repackagin, shrinking, obfuscation, multidex工具链环节，使用自定义的.jack字节码格式替换.class格式，对比生成dex的过程：
javac(.java->.class) -> dx(.class->.dex)
jack(.java->.jack->.dex)

　　Jack工具链还不完善，持续改进中。

2. Verifying App Behavior on the Android Runtime (ART)

　　大部分App都能直接从Dalvik上迁移到ART，有一小部分操作存在区别：

　　Addressing Garbage Collection (GC) Issues：在Dalvik上可以显式地调用System.gc()触发垃圾回收，ART使用了compacting垃圾回收器，没有必要做这个操作，特别是为了GC_FOR_ALLOC类型的或者减少内存碎片的目的，可以通过System.getProperty(“java.vm.version”) >= “2.0.0”判断虚拟机版本。

　　ART’s JNI检查比Dalvik更严格，最好使用CheckJNI模式检查常见的问题。

　　Checking JNI code for garbage-collection issues：ART使用AOSP（Android Open Source Project）项目的compacting garbage collector垃圾回收器，在这种情况下对象在内存中可能被移动，使用CheckJNI工具可以检查不兼容的操作和隐藏问题。

　　使用Get…ArrayElements()和Release…ArrayElements()时，对于non-compacting GC，Get…ArrayElements()方法返回真实的内存对象引用，对返回数据元素的修改会直接修改到原始对象，对应的Release…ArrayElements操作会被忽略，但是compacting GC对于Release的操作不同，需要使用不同模式的Release：1.没有修改数组元素使用code=JNI_ABORT; 2.修改了数组元素但不再需要引用使用code=0; 3.修改了数组元素且需要继续引用数组使用code=JNI_COMMIT。

　　Error handling：ART’s JNI相比Dalvik会抛出更多类型的错误，比如RegisterNatives遇到方法不存在会抛出NoSuchMethodError，同时向logcat写日志，GetFieldID()/GetStaticFieldID()遇到成员不存在会抛出NoSuchFieldError错误而不是Dalvik直接返回null，同理GetMethodID()/GetStaticMethodID()。ART假定用户调用CallNonvirtual…Method()方法是调用当前类的方法，而不是子类。

　　Preventing Stack Size Issues：Dalvik对native和java使用分开的栈，Java默认32KB/Native默认1MB，ART的Java和Native使用同一个栈。

　　Object model changes：Dalvik错误地允许用户override包内访问权限的package-private方法，在ART中会生成一个warning（Before Android 4.1, method void com.foo.Bar.quux() would have incorrectly overridden the package-private method in com.quux.Quux），但是为了兼容Dalvik还是可以运行。

　　相比Dalvik，ART的Object方法包含private成员，如果要反射类继承体系中的成员，最顶级的类判断可以是 Class.getSuperclass() == java.lang.Object.class。

　　Proxy InvocationHandler.invoke()现在对于无参函数允许接收null作为参数，在Dalvik中代理调用无参方法必须传入空数组。

　　Fixing AOT Compilation Issues：AOT编译功能由dex2oat工具执行。ART verifier会对一些典型问题进行标记：invalid control flow, unbalanced moniterenter/moniterexit, 0-length parameter type list size。